KR102216966B1 - 피더 시스템 - Google Patents

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KR102216966B1
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Abstract

관형 바디 상에 장착된 피더 슬리브를 포함하는 금속 캐스팅용 피더 시스템. 상기 관형 바디는 제1 단부와, 대향된 제2 단부와, 사용시의 힘 인가시에 상기 제1 단부와 제2 단부 사이의 거리가 감소되도록 상기 제1 단부와 상기 제2 단부 사이에 있는 압축가능부를 갖는다. 상기 피더 슬리브는 종축을 갖고, 캐스팅 동안에 액상 금속을 수용하기 위한 캐비티를 형성하는, 상기 종축 둘레에서 대체로 연장되는 연속적인 측벽을 포함하며, 상기 측벽은 상기 관형 바디의 제2 단부에 인접한 베이스를 갖는다. 상기 관형 바디는 상기 캐비티를 상기 캐스팅에 연결하도록 개방 보어를 형성한다. 상기 피더 슬리브는 상기 베이스로부터 상기 측벽 내로 연장되는 적어도 하나의 절결부를 갖고, 상기 관형 바디의 제2 단부는 상기 절결부 내에 고정된 깊이로 돌출한다. 상기 절결부는 상기 캐비티로부터 분리되는 그루브일 수 있다. 또한, 본 발명은 상기 시스템에 이용되는 피더 슬리브와, 상기 피더 슬리브를 채용하는 방법에 관한 것이다.

Description

피더 시스템{FEEDER SYSTEM}
본 발명은 캐스팅 몰드를 사용하여 금속 캐스팅 작업에 이용되는 피더 시스템과, 상기 피더 시스템에 이용되는 피더 슬리브와, 상기 피더 시스템을 포함하는 몰드를 마련하기 위한 방법에 관한 것이다.
일반적인 캐스팅 공정에서, 용융 금속은 캐스팅의 형상을 형성하는 사전형성된 몰드 캐비티 내에 주입된다. 그러나, 금속이 고형화함에 따라 수축하여, 최종 캐스팅에서 수용 불가능한 결함을 초래하는 수축된 캐비티(shrinkage cavities)를 발생시킨다. 이는 캐스팅 산업에서 잘 알려진 문제점으로서, 피더 슬리브(feeder sleeves) 또는 라이저(risers)를 패턴 플레이트에 적용함으로써 몰드 성형 동안에, 또는 그 후 성형된 몰드 내의 캐비티 내에 슬리브를 삽입함으로써, 몰드 내에 통합되는 피더 슬리브 또는 라이저를 이용하여 해결된다. 각각의 피더 슬리브는 몰드 캐비티와 연통하는 추가적인(통상적으로, 둘러싸인) 용적 또는 캐비티를 제공하여, 용융 금속이 또한 피더 슬리브 내에 들어간다. 고형화 동안에, 피더 슬리브 내의 용융 금속은 캐스팅의 수축을 보상하도록 몰드 캐비티 내로 다시 흐른다.
캐스팅의 고형화와, 몰드 재료의 제거 후에, 피더 슬리브 캐비티 내로부터 원치 않는 잔여 금속은 캐스팅에 부착 유지되어, 제거되어야 한다. 잔여 금속의 제거를 용이하게 하기 위해, 피더 슬리브 캐비티는 통상적으로 넥다운 슬리브(neck down sleeve)로 불리는 설계에서 그 베이스(즉, 몰드 캐비티에 가장 가까운 피더 슬리브의 단부)를 향해 테이퍼질 수 있다. 잔여 금속에 날카로운 타격(sharp blow)이 가해지면, 이는 몰드에 근접한 가장 약한 지점에서 분리한다(통상적으로 "낙오프(knock off)"로 알려진 공정). 또한, 캐스팅 상의 작은 풋프린트(footprint)는 인접한 특징부에 의해 접근이 구속될 수 있는 캐스팅의 영역에서 피더 슬리브의 위치설정을 허용하는 것이 바람직하다.
피더 슬리브가 캐스팅 몰드 캐비티의 표면 상에 직접 가해질 수 있지만, 이는 피더 요소(브레이커 코어(breaker core)로도 공지됨)와 함께 종종 이용된다. 브레이커 코어는 보통 그 중심에 구멍을 갖는 단순히 내화성 재료의 디스크(일반적으로, 수지 접착식 샌드 코어(resin bonded sand core) 또는 세라믹 코어(ceramic core) 또는 피더 슬리브 재료의 코어)로서, 몰드 캐비티와 피더 슬리브 사이에 안착한다. 브레이커 코어를 통한 구멍의 직경은 (반드시 테이퍼질 필요가 없는) 피더 슬리브의 내측 캐비티의 직경보다 작도록 설계되어, 캐스팅 표면에 근접한 브레이커 코어에서 낙오프가 발생한다.
몰딩 샌드(moulding sand)는 2가지의 주요 카테고리, 즉 (유기 또는 무기 바인더에 근거한) 화학 접착식 또는 클레이 접착식으로 분류될 수 있다. 화학 접착식 몰딩 바인더는 일반적으로 바인더와 화학 경화제가 샌드와 혼합되는 자체-경화 시스템(self-hardening systems)으로서, 바인더와 경화제는 즉시 반응을 시작하지만, 샌드가 패턴 플레이트 둘레에서 형상화된 다음, 제거 및 캐스팅을 위해 충분히 경화되게 하기에 충분히 천천히 이루어진다.
클레이-접착식 몰딩(clay-bonded moulding)은 바인더로서 클레이와 물을 이용하고, "미가공(green)" 또는 비건조 상태에서 이용될 수 있으며, 통상적으로 그린샌드(greensand)로 부른다. 그린샌드 혼합물은 압축력 단독으로는 용이하게 흐르거나 쉽게 이동하지 않으므로, 전술한 바와 같이 패턴 둘레에 그린샌드를 압축하여 충분한 강도 특성을 몰드에 제공하기 위해, 졸팅(jolting), 바이브레이팅(vibrating), 스퀴징(squeezing) 및 래밍(ramming)의 각종 조합이 균일한 강도의 몰드를 높은 제조성으로 제조하도록 가해진다. 일반적으로, 샌드는 통상적으로 하나 이상의 유압 램(hydraulic rams)을 이용하여 고압에서 압축(콤팩트)된다.
이와 같은 고압 몰딩 공정에 슬리브를 적용하기 위해, 피더 슬리브를 위한 장착 지점으로서 사전결정된 위치에서 (몰드 캐비티를 형성하는) 몰딩 패턴 플레이트 상에 핀이 통상적으로 제공된다. (피더의 베이스가 패턴 플레이트 상에 있거나 또는 그 위로 상승되도록) 요구된 슬리브가 핀 상에 위치되기만 하면, 피더 슬리브가 덮여서 몰드 박스가 충전될 때까지 패턴 플레이트 상에 그리고 피더 슬리브 둘레에 몰딩 샌드를 주입함으로써 몰드가 형성된다. 몰딩 샌드 및 그 후속의 고압을 가하는 것은, 특히 피드 슬리브가 램업 전에 패턴 플레이트와 직접 접촉한다면, 피더 슬리브의 손상 및 파괴를 야기할 수 있고, 증가하는 캐스팅 복잡성 및 제조 요건으로 인해, 더욱 치수적으로 안정된 몰드, 및 그 결과 더 높은 래밍 압력과, 결과적인 슬리브 파괴의 경향에 대한 필요성이 있다.
출원인은 WO2005/051568호, WO2007141446호, WO2012110753호 및 WO2013171439호에 기술된 피더 슬리브와 조합하여 이용되는 다양한 콜랩서블 피더 요소(collapsible feeder elements)를 개발하고 있다. 피더 요소는 몰딩 동안에 압력을 받을 때 압축됨으로써, 피더 슬리브를 손상으로부터 보호한다.
US2008/0265129호는 금속을 캐스팅하는데 이용되는 캐스팅 몰드 내에 삽입하기 위한 피더 인서트(feeder insert)로서, 피더 바디 내에 피더 캐비티를 갖는다. 피더 바디의 하측부는 캐스팅 몰드와 연통하고, 피더 바디의 상측부는 에너지 흡수장치를 구비한다.
EP1184104A1호(Chemex GmbH)는 몰딩 샌드가 압축될 때 텔레스코핑하는 (단열성 또는 발열성일 수 있는) 투-파트 피더 슬리브(two-part feeder sleeve)를 기술하며; 제2 부분(상부)의 내벽은 제1 부분(하부)의 외벽과 동일 평면 상에 있다.
EP1184104A1호(도 3a 내지 3d)는 투-파트 피더 슬리브(102)의 텔레스코핑 작용을 기술한다. 피더 슬리브(102)는 패턴(122)과 직접 접촉하여, 발열성 슬리브가 채용될 때 불리할 수 있는데, 그 이유는 열악한 표면 마무리, 캐스팅 표면의 국부적인 오염 및 서브-표면 캐스팅 결함을 초래할 수 있기 때문이다. 더욱이, 하부(104)가 테이퍼지더라도, 패턴(122) 상에 여전히 넓은 풋프린트가 있는데, 그 이유는 하부(104)가 램업 동안에 받는 힘을 견디기에 비교적 두꺼워야 하기 때문이다. 이는 낙오프와, 패턴 상에서 피더 시스템에 의해 차지된 공간의 견지에서 불만족스럽다. 하측 내부(104)와 상측 외부(106)는 유지 요소(retaining elements)(112)에 의해 소정 위치에 보유된다. 유지 요소(112)는 분리되어 몰딩 샌드(150)를 나눔으로써 텔레스코핑 작용이 일어나게 한다. 유지 요소는 몰딩 샌드 내에서 경시적으로 형성함으로써 몰딩 샌드를 오염시킨다. 이는 특히 유지 요소가 발열성 재료로 제조되는 경우에 특히 곤란한데, 그 이유는 유지 요소가 반응하여 작은 폭발성 결함을 형성할 수 있기 때문이다.
US6904952호(AS Luengen GmbH & Co. KG)는 피더 슬리브의 내벽에 관형 바디가 일시적으로 접착되는 피더 시스템을 기술한다. 몰딩 샌드가 압축될 때 피더 슬리브와 관형 바디 사이에는 상대운동이 있다.
부분적으로는 몰딩 장비의 진보로 인해 그리고 부분적으로는 새로이 생산된 캐스팅으로 인해, 고압 몰딩 시스템에 사용되는 피딩 시스템에 대한 요구가 증가되고 있다. 연성철의 소정 등급 및 특정한 캐스팅 구성은 소정의 금속 피더 요소의 넥부를 통해 피드 성능의 유효성에 악영향을 미칠 수 있다. 추가로, 소정의 몰딩 라인 또는 캐스팅 구성이 과압축(피더 요소의 붕괴 또는 피더 시스템의 텔레스코핑)을 초래하여, 슬리브의 베이스는 샌드의 얇은 층에 의해서만 분리되는 캐스팅 표면에 근접하게 된다. 본 발명은 금속 캐스팅에 사용되는 피더 시스템을 제공하여, 종래의 피더 시스템과 관련된 하나 이상의 문제점을 극복하거나 또는 유용한 변형례를 제공한다.
본 발명의 제1 관점에 의하면, 관형 바디 상에 장착된 피더 슬리브를 포함하는 금속 캐스팅용 피더 시스템으로서,
상기 관형 바디는 제1 단부와, 대향된 제2 단부와, 사용시의 힘 인가시에 상기 제1 단부와 제2 단부 사이의 거리가 감소되도록 상기 제1 단부와 상기 제2 단부 사이에 있는 압축가능부를 갖고,
상기 피더 슬리브는 종축을 갖고, 캐스팅 동안에 액상 금속을 수용하기 위한 캐비티를 형성하는, 상기 종축 둘레에서 대체로 연장되는 연속적인 측벽을 포함하며, 상기 측벽은 상기 관형 바디의 제2 단부에 인접한 베이스를 갖고,
상기 관형 바디는 상기 캐비티를 상기 캐스팅에 연결하도록 개방 보어를 형성하고,
상기 베이스로부터 상기 측벽 내로 적어도 하나의 절결부가 연장되고, 상기 관형 바디의 제2 단부는 상기 절결부 내에 고정된 깊이로 돌출하고,
상기 피더 슬리브는 상기 절결부 내로 돌출하고 상기 피더 슬리브의 종축에 실질적으로 평행한 상기 관형 바디의 일부에 의해 지지되는, 피더 시스템이 제공된다.
사용시에, 상기 피더 시스템은, 상기 시스템을 소정 위치에 보유하도록 패턴 플레이트에 부착된 몰딩 핀 위에 일반적으로 배치된 몰딩 패턴 상에 장착됨으로써, 상기 관형 바디가 상기 몰드 옆에 있다. 상기 관형 바디에 의해 형성된 상기 개방 보어는 피더 슬리브 캐비티로부터 몰드 캐비티까지 통로를 제공하여, 냉각 및 수축함에 따라 상기 캐스팅을 피딩한다. 몰딩 및 그 후속적인 램업 동안에, 상기 피더 시스템은 상기 관형 바디의 종축(보어 축)의 방향으로 힘을 받을 것이다. 상기 관형 바디의 제2 단부가 상기 피더 슬리브의 절결부 내에서 고정된 깊이로 유지됨에 따라, 이러한 힘은 상기 압축가능부가 붕괴하게 하여, 상기 관형 바디와 상기 슬리브 사이의 상대운동에 대한 가능성이 없다. 그러므로, 높은 압축 압력은 상기 피더 슬리브의 파괴보다는 상기 관형 바디의 변형을 야기한다. 일반적으로, 상기 피더 시스템은 적어도 30, 60, 90, 120 또는 150 N/cm2의 (패턴 플레이트에서 측정된 바와 같은) 램업 압력을 받을 것이다.
WO2005/051568호(도 3)는 압축가능한 브레이커 코어(10, 관형 바디)와, 피더 슬리브(20)를 포함하는 피더 시스템을 도시한다. 브레이커 코어는 접착제에 의해 피더 슬리브의 베이스에 부착되는 반경방향 측벽 영역을 포함한다. WO2005/095020호(도 1)는 제1 몰딩 바디(4, 관형 바디)와, 제2 몰딩 바디(5, 피더 슬리브)를 포함하는 피더 시스템을 도시한다. 제1 몰딩 바디(4)는 벨로우즈의 형태이며 환형 지지면에 의해 피더 슬리브의 베이스에 연결되는 변형 요소를 포함한다. 본 발명에서, 관형 바디는 피드 슬리브의 베이스에 부착되기보다는 피더 슬리브 내의 절결부 내에 피팅한다.
금속 브레이커 코어(붕괴가능하거나 또는 관형 텔레스코핑)가 이용되면, 금속(통상적으로, 강)이 캐스팅 상에서 가열되어 피더 내의 액상 금속 외부로 소정 양의 에너지를 취한다. 금속 브레이커 코어는 통상적으로 환형 장착면을 가짐으로써, 사이즈를 줄이거나 또는 전적으로 제거하여, 브레이커 코어 내의 (차가운) 금속의 양을 감소시키므로, 금속 피더로부터 취해진 적은 에너지에 의해 더 신속하게 코어가 가열되게 한다. 또한, 발열성 슬리브 내에 브레이커 코어를 부분적으로 매입함으로써, 추가적인 에너지를 수용하여 과열되어, 코어의 넥부를 통해 피드 성능을 개선할 것이다.
관형 바디
관형 바디는 2가지 기능, 즉 (i) 관형 바디가 피더 슬리브 캐비티로부터 캐스팅 몰드까지 통로를 제공하는 개방 보어를 가지고, (ii) (붕괴가능한 부분으로 인한) 관형 바디의 변형이 피더 슬리브의 파괴를 야기할 수 있는 에너지를 흡수하는 기능을 한다.
관형 바디는 압축가능부를 포함한다. 일 실시예에서, 상기 압축가능부는 단차형 구성을 갖는다. 단차형 구성은 WO2005/051568호에 공지되어 있다. 일 실시예에서, 상기 압축가능부는 단일의 단차부(step) 또는 "킹크(kink)"를 포함한다. 다른 실시예에서, 상기 압축가능부는 적어도 2, 3, 4, 5 또는 6개의 단차부 또는 킹크를 포함한다. 이러한 실시예에서, 상기 압축가능부는 4 내지 6개의 단차부 또는 킹크를 포함한다.
단차부(들) 또는 킹크(들)의 직경이 측정될 수 있다. 일 실시예에서, 모든 단차부는 동일한 직경을 갖는다. 또 다른 실시예에서, 단차부의 직경은 관형 바디의 제1 단부를 향해 감소하는, 즉 상기 압축가능부는 절두원추형이다.
절두원추형 압축가능부와 보어 축/피더 슬리브 종축 사이의 테이퍼 각도(μ)가 측정될 수 있다. 일련의 실시예에서, 절두원추부는 50, 40, 30, 20, 15 또는 10°이하의 각도로 축으로부터 경사진다. 일련의 실시예에서, 절두원추부는 적어도 3, 5, 10 또는 15°의 각도로 축으로부터 경사진다. 일 실시예에서, 상기 각도(μ)는 5 내지 20°이다. 고른 압축을 제공하기 위해서는 약간의 테이퍼가 유리할 수 있다.
단차형 구성은 교호적인 시리즈(alternating series)의 제1 및 제2 측벽 영역을 포함할 수 있고, 한 쌍의 제1 및 제2 측벽 영역들 사이에 형성된 각도가 측정될 수 있다. 내부 각도(θ)는 관형 바디 내로부터 측정되고, 외부 각도(φ)는 관형 바디 외부로부터 측정된다. 각도 θ 및 φ는 압축가능부가 붕괴함에 따라 램업에 대해 감소할 것임이 이해될 것이다. 일련의 실시예에서, 한 쌍의 제1 및 제2 측벽 영역들 사이에 형성된 각도는 적어도 30, 40, 50, 60 또는 70°이다. 일련의 실시예에서, 한 쌍의 제1 및 제2 측벽 영역들 사이의 각도는 적어도 120, 100, 90, 80, 70, 60 또는 50°이하이다. 일 실시예에서, 한 쌍의 제1 및 제2 측벽 영역들 사이의 각도는 60 내지 90°이다.
단차형 구성은 교호적인 일련의 제1 및 제2 측벽 영역을 포함할 수 있고, 관형 바디의 종축(보어 축)과 제1 측벽 영역(들) 사이에 형성된 각도(α)가 측정될 수 있다. 마찬가지로, 보어 축과 제2 측벽 영역(들) 사이에 형성된 각도(β)가 측정될 수 있다.
일 실시예에서, 각도 α 및 β는 동일하다.
일 실시예에서, α 또는 β는 대략 90°, 즉 제1 측벽 영역 또는 제2 측벽 영역이 보어 축에 대략 수직이다.
일 실시예에서, α 또는 β는 대략 0, 즉 제1 측벽 영역 또는 제2 측벽 영역이 보어 축에 대략 평행하다.
일 실시예에서, α 및 β 각각은 40 내지 70°, 30 내지 60°, 또는 35°내지 55°이다.
관형 바디의 높이는 보어 축에 평행한 방향으로 측정될 수 있고, (보어 축에 평행한 방향으로 측정된) 압축가능부의 높이와 비교될 수 있다. 일련의 실시예에서, 압축가능부의 높이는 관형 바디의 높이의 적어도 20, 30, 40 또는 50%에 대응한다. 또 다른 일련의 실시예에서, 압축가능부의 높이는 관형 바디의 높이의 90, 80, 70 또는 60% 이하에 대응한다.
관형 바디의 사이즈 및 질량은 적용에 따라 다를 것이다.
일반적으로, 가능하다면 관형 바디의 질량을 감소시키는 것이 대체로 바람직하다. 이는 재료 비용을 감소시키고, 또한, 예컨대 관형 바디의 열용량을 감소시킴으로써 캐스팅 동안에 유익할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 관형 바디는 50, 40, 30, 25 또는 20g 이하의 질량을 갖는다.
관형 바디는 종축, 보어 축을 갖는 것으로 이해될 것이다. 일반적으로, 피더 슬리브와 관형 바디는 보어 축과 피더 슬리브의 종축이 동일하도록 형성될 것이다. 그러나, 이는 필수적이지 않다.
관형 바디의 높이는 보어 축에 평행한 방향으로 측정될 수 있고, 절결부의 깊이(제1 깊이)와 비교될 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 깊이에 대한 관형 바디의 높이의 비는 1:1 내지 5:1, 1.1:1 내지 3:1, 또는 1.3:1 내지 2:1이다.
관형 바디는 내경과 외경, 및 (보어 축에 수직인 평면에서 모두 측정되는) 내경과 외경 간의 차인 두께를 갖는다. 관형 바디의 두께는 관형 바디가 절결부 내로 돌출하게 해야 한다. 일부 실시예에서, 관형 바디의 두께는 적어도 0.1, 0.3, 0.5, 0.8, 1, 2 또는 3mm이다. 일부 실시예에서, 관형 바디의 두께는 5, 3, 2, 1.5, 1, 0.8 또는 0.5mm 이하이다. 일 실시예에서, 관형 바디는 0.3 내지 1.5mm의 두께를 갖는다. 다수의 이유를 위해 작은 두께가 유익한데, 이는 관형 바디를 제조하는데 요구되는 재료를 감소시키는 것과, 측벽 내에 대응하는 절결부를 좁게 하는 것과, 관형 바디의 열용량 및 그에 따른 캐스팅 상에서 피더로부터 흡수되는 에너지량을 감소시키는 것을 포함한다. 절결부는 측벽의 베이스로부터 연장되며, 절결부가 더 넓을수록, 수용되어야 할 베이스가 더 넓어야 한다.
일 실시예에서, 관형 바디는 원형 단면을 갖는다. 그러나, 그 단면은 비원형, 예컨대 계란형(oval), 장박형(obround) 또는 타원형(elliptical)일 수 있다. 바람직한 실시예에서, 관형 바디는 (사용 시에 캐스팅 옆의) 피더 슬리브로부터 멀어지는 방향으로 좁아진다(테이퍼진다). 캐스팅에 인접한 좁은 부분은 피더 넥부(feeder neck)로서 공지되며, 피더의 보다 양호한 낙오프를 제공한다. 일련의 실시예에서, 보어 축에 대한 테이퍼진 넥부의 각도는 55, 50, 45, 40 또는 35°이하일 것이다.
낙오프를 더욱 개선하기 위해, 관형 바디의 베이스는 몰드 패턴 상에 장착하기 위한 표면을 제공하고, 그 제거(낙오프)를 용이하게 하도록 결과적인 캐스트 피더 넥부에 노치를 생성하도록 내측방향으로 지향된 립을 가질 수 있다.
관형 바디는 금속(예컨대, 강, 철, 알루미늄, 알루미늄 합금, 황동, 구리 등) 또는 플라스틱을 포함하는 각종 적절한 재료로 제조될 수 있다. 특정 실시예에서, 관형 바디는 금속으로 제조된다. 금속 관형 바디는 몰딩 압력을 견디기게 충분한 강도를 유지하면서 작은 두께를 갖도록 제조될 수 있다. 일 실시예에서, 관형 바디는 (단열성 또는 발열성이든지) 피더 슬리브 재료로 제조되지 않는다. 일반적으로, 피더 슬리브 재료는 작은 두께에서 몰딩 압력을 견디기에 충분히 강하지 않은 한편, 더 두꺼운 관형 바디는 측벽 내에 더 넓은 그루브를 요구하므로 피더 시스템의 사이즈(및 관련된 비용)를 전체적으로 증대시킨다. 추가로, 피더 슬리브 재료를 포함하는 관형 바디는 캐스팅과 접촉하는 경우에 열악한 표면 마무리 및 결함을 야기할 수도 있다.
관형 바디가 금속으로 성형되는 소정 실시예에서, 일정한 두께의 단일 금속 피스로부터 프레스 성형될 수 있다. 일 실시예에서, 관형 바디는 드로잉 공정(drawing process)을 통해 제조되고, 그에 의해 펀치의 기계적 작용에 의해 성형 다이 내로 금속 시트 블랭크가 반경방향으로 드로잉된다. 상기 공정은 드로잉된 부분의 깊이가 그 직경을 초과하여 일련의 다이를 통해 그 부분을 다시 드로잉함으로써 성취될 때 딥드로잉이 고려된다. 또 다른 실시예에서, 관형 바디는 금속 스피닝(metal spinning) 또는 스핀 성형 공정(spinning forming process)을 통해 제조되고, 그로 인해 블랭크 디스크 또는 금속 튜브가 우선 스피닝 선반(spinning lathe) 상에 장착되어 고속으로 회전된다. 그 다음, 요구된 마무리된 부분의 내부 치수적 프로파일을 갖는 맨드렐 상에 그리고 그 주위에 금속이 아래로 흐르게 하는 일련의 롤러 또는 툴 패스(tool passes) 내에 국부화된 압력이 적용된다.
프레스-성형(press-forming) 또는 스핀-성형(spin-forming)에 적합해지기 위해, 금속은 성형 공정 동안에 인열 또는 균열을 방지하기에 충분히 유연해야 한다. 소정 실시예에서, 피더 요소는 냉간 압연강으로 제조되며, 일반적인 탄소 함량은 최소 0.02%(Grade DC06, European Standard EN10130-1999) 내지 최대 0.12%(Grade DC01, European Standard EN10130-1999) 범위이다. 일 실시예에서, 관형 바디는 0.05, 0.04 또는 0.03% 이하의 탄소 함량을 갖는 강으로 제조된다.
피더 슬리브
일 실시예에서, 절결부는 측벽의 베이스로부터 연장되는 그루브이다. 측벽 내의 그루브는 피더 슬리브 캐비티로부터 분리되는 것으로 이해될 것이다. 일 실시예에서, 그루브는 피더 슬리브 캐비티로부터 적어도 5, 8 또는 10mm에 위치된다.
또 다른 실시예에서, 절결부는 피더 슬리브 캐비티와 인접한다. 일 실시예에서, 절결부의 단부는 측벽 내의 레지(ledge)에 의해 형성된다.
절결부는 제1 깊이를 갖는 것으로 고려될 수 있으며, 이는 베이스로부터 측벽 내로 멀어지게 연장되는 거리이다. 일반적으로, 절결부는 균일한 깊이를 갖는, 즉 베이스로부터 측벽 내로의 거리가 어디에서 측정하든지 동일하다. 그러나, 소망한다면 가변 깊이의 절결부가 채용될 수 있고, 제1 깊이는 최소한의 깊이가 되도록 이해될 것인데, 그 이유는 관형 바디가 절결부 내로 돌출할 수 있는 정도로 영향을 주기 때문이다.
램업 전에, 관형 바디는 절결부 내에서 제2 깊이로 수용되고, 관형 바디는 절결부 내로 부분적으로 돌출한다. 일 실시예에서, 관형 바디는 절결부 내로 완전히 돌출, 즉 제2 깊이는 제1 깊이와 동일하다.
일 실시예에서, 관형 바디의 압축가능부는 절결부로부터 이격된다. 변형적으로, 관형 바디의 압축가능부는 (램업 전에) 피더 슬리브 내의 절결부 내로 부분적으로 또는 완전히 돌출한다. 압축가능부의 사이즈 및 형상은 압축가능부의 위치에 영향을 미칠 것이다. 압축가능부가 피더 슬리브 외부에 위치되어, 고르고 일정한 붕괴를 허용하고, 슬리브에 대한 압축가능부의 운동에 의해 연마되는 슬리브의 임의의 입자를 최소화하는 것이 더욱 실제적이다.
절결부는 관형 바디를 수용할 수 있어야 한다. 여기서, (보어 축에 수직인 평면에서의) 절결부의 단면은 관형 바디의 단면에 대응하는, 예컨대 그루브는 원형 그루브이고 관형 바디는 원형 단면을 갖는다. 일 실시예에서, 적어도 하나의 절결부는 단일의 연속적인 그루브이다. 또 다른 실시예에서, 피더 슬리브는 일련의 슬롯을 갖고, 관형 바디는 대응하는 형상, 예컨대 성곽형상의 에지(castellated edge)를 갖는다.
일련의 실시예에서, 절결부는 적어도 20, 30, 40 또는 50mm의 제1 깊이를 갖는다. 일련의 실시예에서, 제1 깊이는 100, 80, 60 또는 40mm 이하이다. 일 실시예에서, 제1 깊이는 25 내지 50mm이다. 제1 깊이는 피더 슬리브의 높이와 비교될 수 있다. 일 실시예에서, 제1 깊이는 피더 슬리브의 높이의 10 내지 50% 또는 20 내지 40%에 대응한다.
절결부는 보어 축 및/또는 피더 슬리브 축에 대략 수직인 방향으로 측정되는 최대 폭(W)을 갖도록 고려된다. 절결부의 폭은 관형 바디가 절결부 내에 수용되게 하기에 충분해야 하는 것으로 이해된다. 일련의 실시예에서, 절결부는 적어도 0.5, 1, 2, 3, 5, 8 또는 10mm의 폭을 갖는다. 일련의 실시예에서, 절결부는 15, 10, 5, 3 또는 1.5mm 이하의 최대 폭을 갖는다. 일 실시예에서, 절결부는 1 내지 3mm의 최대 폭을 갖는다. 이는 절결부가 (캐비티로부터 분리된) 그루브일 때 특히 유용하다. 일 실시예에서, 절결부는 5 내지 10mm의 최대 폭을 갖는다. 이는 절결부가 캐비티와 인접할 때 특히 유용하다.
절결부는 균일한 폭을 갖는, 즉 절결부의 폭은 측정되는 위치에 관계없이 동일하다. 변형적으로, 절결부는 불균일한 폭을 가질 수 있다. 예컨대, 절결부가 그루브일 때, 측벽의 베이스로부터 멀어지게 좁아질 수 있다. 여기서, 최대 폭은 측벽의 베이스에서 측정된 다음, 그 폭은 제1 깊이에서 최소값으로 감소한다.
일련의 실시예에서, 제2 깊이(D2, 관형 바디가 절결부 내에 수용되는 깊이)는 제1 깊이의 적어도 30, 40 또는 50%이다. 일련의 실시예에서, 제2 깊이는 제1 깊이의 90, 80 또는 70% 이하이다. 일 실시예에서, 제2 깊이는 제1 깊이의 80 내지 100%이다.
일반적으로, 관형 바디는 절결부 내로 균일한 깊이로 돌출하는, 즉 베이스로부터 관형 바디의 단부까지의 거리는 측정되는 위치에 관계없이 동일하다. 그러나, 소망한다면 고르지 않은 에지(예컨대, 성곽형상의 에지)를 갖는 관형 바디가 채용될 수 있으므로, 캐스팅 내로 몰딩 샌드의 인입하는 것을 회피하도록 관형 바디와 측벽의 베이스 사이에 갭이 없을 수 있다면, 그 거리가 변하고, 제2 깊이가 최대 깊이가 되도록 이해될 것이다.
피더 슬리브 재료의 특징은 특히 제한되지 않으며, 예컨대 단열성 또는 발열성일 수 있다. 발열성 피더 슬리브는 열을 발생하여, 용융 금속 액체가 더 오래 유지하는데 도움을 준다. 발열성 슬리브는 포세코에서 판매하는 FEEDEX (RTM) 범위의 제품 등의 신속 점화 고발열성 고밀도 슬리브, 또는 포세코에서 판매하는 KALMINEX (RTM) 범위의 제품 등의 발열성-절연 슬리브일 수 있으며, 이는 현저하게 더 낮은 밀도를 가지며 FEEDEX 범위의 슬리브보다 덜 발열성이다.
일 실시예에서, 피더 슬리브는 발열성 피더 슬리브이다. 상술한 바와 같이, 본 발명은 피더 슬리브 내에 관형 바디의 일부를 매입함으로써 그리고 피더 슬리브 캐비티 외부로 돌출하는 장착면을 이용하여 않고서 관형 바디(브레이커 코어) 내의 (차가운) 금속의 총량을 감소시킴으로써 피드 성능에 대한 역효과를 갖는 임의의 잠재적인 칠링(chilling)을 회피한다. 이러한 이점은 절연 슬리브보다는 발열성 슬리브를 이용할 때 더욱 주목할 만한데, 이는 금속 관형 바디(브레이커 코어)를 과열하는데 조력하는 것을 믿기 때문이다.
제조 모드에는 특히 제한되지 않으며, 슬리브는, 예컨대 진공-성형 공정(vacuum-forming process) 또는 코어-샷 방법(core-shot method)을 이용하여 제조될 수 있다. 일반적으로, 피더 슬리브는 저밀도 및 고밀도 내화성 필러(예컨대, 실리카 샌드, 감람석, 알루미노-실리케이트 중공형 마이크로스피어 및 파이버, 샤모트, 알루미나, 부석, 펄라이트, 버미큘라이트)와, 바인더의 혼합물로 제조된다. 발열성 슬리브는 연료(통상적으로, 알루미늄 또는 알루미늄 합금), 산화제(일반적으로, 산화철, 이산화망간 또는 질산칼륨), 및 통상적으로 개시제/증감제(일반적으로, 빙정석)를 더 요구한다.
일 실시예에서, 종래의 피더 슬리브가 제조된 다음, 피더 슬리브 재료는, 예컨대 드릴링 또는 그라인딩에 의해 절결부를 형성하도록 베이스로부터 제거된다. 또 다른 실시예에서, 피더 슬리브는 일반적으로 절결부를 형성하는 툴(tool)을 내장하는 코어-슈팅 방법(core-shooting method)에 의해 소정 위치에 절결부와 함께 제조되고, 예컨대 상기 툴은 슬리브를 형성하는 얇은 맨드렐을 갖고, 그 후 상기 슬리브는 툴 및 멘드렐로부터 제거(스트립)된다. 또 다른 실시예에서, 슬리브는 관형 바디 둘레에 형성된다.
일련의 실시예에서, 피더 슬리브는 적어도 8kN, 12kN, 15kN, 20kN 또는 25kN의 강도(크러쉬 강도)를 갖는다. 일련의 실시예에서, 슬리브 강도는 25kN, 20kN, 18kN, 15kN 또는 10kN 이하이다. 비교의 용이를 위해, 피더 슬리브의 강도는 피더 슬리브 재료로 제조된 50x50mm 원통형 테스트 바디의 압축 강도로서 정의된다. 201/70 EM 압축시험기(Form & Test Seidner, 독일)가 이용되며, 제조자 지침서에 따라 작동된다. 테스트 바디는 강 플레이트의 하부 상의 중앙에 배치되어, 하측 플레이트가 20mm/분의 비율로 상측 플레이트를 향해 이동됨에 따라 파괴로 로딩된다. 피더 슬리브의 유효 강도는 정확한 조성, 사용되는 바인더 및 제조 방법에 따라 다를 뿐만 아니라, 테스트 바디의 강도가 표준의 평탄한 최고의 슬리브(standard flat topped sleeve)를 위해 측정된 것보다 통상적으로 더 높다는 점에 의해 예시되는 슬리브의 사이즈 및 설계에 따라 다를 것이다.
일련의 실시예에서, 피더 슬리브는 적어도 0.5, 0.8, 1.0 또는 1.3g/cm3의 밀도를 갖는다. 또 다른 일련의 실시예에서, 피더 슬리브는 2.0, 1.5 또는 1.2g/cm3이하의 밀도를 갖는다. KALMIN S (RTM)은 0.45g/cm3의 전형적인 밀도를 갖는 상업적으로 입수가능한 슬리브이며, 이 슬리브는 절연성이다. 저밀도 발열성-절연 피더 슬리브는 상표명 KALMINEX (RTM)으로 입수가능하고, 일반적으로 0.58 내지 0.95g/cm3의 밀도를 갖는다. FEEDEX HD (RTM)는 1.4g/cm3의 밀도를 갖는 상업적으로 입수가능한 고밀도 고발열성 슬리브이다. 내화성 필터 및 다른 구성요소의 타입을 조절함으로써 슬리브의 밀도를 증가시키는 것은 일반적으로 강도의 증가를 초래한다.
발열성 피더 슬리브를 평가할 때 고려될 수 있는 변수는 점화 시간, 성취되는 최대 온도(Tmax), 발열 반응의 지속시간(연소 시간), 및 모듈러스 연장 인자(MEF(Modulus Extension Factor), x의 인자에 의한 고형화 시간의 연장)을 포함한다.
일 실시예에서, 피더 슬리브는 적어도 1.40, 1.55 또는 1.60의 MEF를 갖는다. KALMINEX 2000 (RTM) 피더 슬리브는 발열성-절연 슬리브이며, 일반적으로 1.58 내지 1.64의 MEF를 갖는 한편, FEEDEX (RTM) 슬리브는 발열성이며, 일반적으로 1.6 내지 1.7의 MEF를 각각 갖는다. KALMIN S (RTM) 피더 슬리브는 절연성이며, 일반적으로 1.4 내지 1.5의 MEF를 갖는다.
일 실시예에서, 피더 슬리브는 측벽의 베이스로부터 이격된 루프를 포함한다. 측벽과 루프는 캐스팅 동안에 액상 금속을 수용하기 위한 캐비티를 함께 형성한다. 이러한 실시예에서, 루프와 측벽은 일체 형성된다. 변형적으로, 측벽 및 루프는 분리가능한, 즉 루프는 덮개이다. 일 실시예에서, 측벽과 루프 양자는 피더 슬리브 재료로 제조된다.
피더 슬리브는 실린더, 계란형 및 돔을 포함하는 다수의 형상으로 이용가능하다. 이로써, 측벽은 피더 슬리브 종축에 평행하거나 또는 그로부터 각을 이룰 수 있다. (존재한다면) 루프는 평탄한 탑형, 돔형, 평탄한 탑형 돔 또는 임의의 다른 적절한 형상일 수 있다.
상기 슬리브의 루프는 피더 슬리브 캐비티가 봉입되도록 폐쇄될 수 있고, 또한 몰드 패턴에 부착된 몰딩 핀 상에 피더 시스템을 장착하는데 조력하도록 (베이스의 반대편의) 피더의 상부 섹션을 통해 부분적으로 연장되는 리세스(블라인드 보어)를 포함할 수 있다. 변형적으로, 피더 슬리브는 피더 캐비티가 개방되도록 피더 루프의 전체를 통해 연장되는 개구부(개방 보어)를 가질 수 있다. 개구부는 지지 핀을 수용하기에 충분히 넓지만, 몰딩 동안에 피더 슬리브 캐비티에 샌드가 들어가는 것을 회피하기에 충분히 좁아야 한다. 개구부의 직경은 피더 슬리브 캐비티의 최대 직경에 비교될 수 있다(양자는 피더 슬리브의 종축에 수직인 평면에서 측정됨). 일 실시예에서, 개구부의 직경은 피더 슬리브 캐비티의 최대 직경의 40, 30, 20, 15 또는 10% 이하이다.
사용시에, 피더 시스템은 샌드가 압축되어 램업되기 전에 몰드 패턴 상의 요구된 위치에 피더 시스템을 보유하도록 지지 핀 상에 일반적으로 배치된다. 램업 시에, 슬리브는 몰드 패턴 표면을 향해 이동하고, 핀은 고정되는 경우 피더 슬리브의 루프를 천공할 수 있거나 또는 슬리브가 하측방향으로 이동함에 따라 개구부 또는 리세스를 통해 단순히 횡단할 수 있다. 핀과의 루프의 이러한 운동 및 접촉은 슬리브의 작은 파편이 분리되어 캐스팅 캐비티 내에 낙하하게 함으로써, 열악한 캐스팅 표면 마무리 또는 캐스팅 표면의 국부화된 오염을 초래할 수 있다. 이는 루프 내의 개구부 또는 리세스를 중공형 인서트 또는 내부 칼라로 라이닝함으로써 극복될 수 있으며, 이는 금속, 플라스틱 또는 세라믹을 포함하는 각종 적절한 재료로 제조될 수 있다. 이에 따라, 일 실시예에서, 피더 슬리브는 피더의 루프 내에 개구부 또는 리세스를 라이닝하는 내부 칼라를 구비하도록 변형될 수 있다. 이러한 칼라는 슬리브가 제조된 후에 슬리브 루프 내의 개구부 또는 리세스 내에 삽입될 수 있거나, 또는 변형적으로, 슬리브의 제조 동안에 내장되어 슬리브 재료가 칼라 주위에 코어샷 또는 몰딩되며, 그 후에 상기 슬리브는 경화되어 칼라를 소정 위치에 보유한다. 이러한 칼라는 몰딩 및 램업 동안에 지지 핀에 의해 야기될 수 있는 임의의 손상으로부터 슬리브를 보호한다.
또한, 본 발명은 제1 관점의 실시예에 따른 피더 시스템에 이용되는 피더 슬리브에 관한 것이다.
본 발명의 제2 관점에 의하면, 금속 캐스팅에 이용되는 피더 슬리브로서,
상기 피더 슬리브는 종축을 갖고, 상기 종축 둘레에서 대체로 연장되는 연속적인 측벽과, 상기 종축을 대체로 가로질러 연장되는 루프를 포함하며, 상기 측벽과 루프는 캐스팅 동안에 액상 금속을 수용하기 위한 캐비티를 함께 형성하고,
상기 측벽은 상기 루프로부터 이격된 베이스를 갖고, 상기 베이스로부터 상기 측벽 내로 그루브가 연장되는, 피더 슬리브가 제공된다.
또한, 제1 관점에 관해 상기한 설명은 제2 관점의 피더 슬리브가 루프를 포함해야 하는 점을 제외하고 제2 관점에 적용한다. 그루브가 베이스로부터 멀어지게 그리고 루프를 향해 연장되는 것이 이해될 것이다.
일 실시예에서, 개구부(개방 보어)는 피더 루프를 통해 연장된다. 이러한 실시예에서, 내부 칼라는 개구부를 라이닝한다. 이러한 실시예는 상술한 바와 같이 피더 슬리브가 지지 핀과 함께 채용될 때 유용하다.
일 실시예에서, 루프는 폐쇄되는, 즉 피더 루프를 통해 개구부가 연장되지 않는다.
본 발명의 제3 관점에 의하면, 몰드를 마련하기 위한 방법으로서,
관형 바디 상에 장착된 피더 슬리브를 포함하는 피더 시스템을 패턴 플레이트 상에 위치시키는 단계로서,
상기 피더 슬리브는 캐스팅 동안에 액상 금속을 수용하기 위한 캐비티를 형성하는 연속적인 측벽을 포함하며, 상기 측벽은 상기 관형 바디에 인접한 베이스를 갖고,
상기 관형 바디는 상기 캐비티를 상기 캐스팅에 연결하기 위한 개방 보어를 형성하고, 상기 관형 바디는 제1 단부와, 제2 단부와, 상기 제1 단부와 상기 제2 단부 사이의 압축가능부를 갖고,
상기 베이스로부터 상기 측벽 내로 절결부가 연장되고, 상기 관형 바디의 제2 단부는 상기 절결부 내로 고정된 깊이로 돌출하는, 상기 피더 시스템을 위치시키는 단계;
몰드 재료로 상기 패턴을 둘러싸는 단계;
상기 몰드 재료를 압축하는 단계; 및
상기 몰드를 형성하도록 압축된 몰드 재료로부터 상기 패턴을 제거하는 단계
를 포함하며,
상기 몰드 재료를 압축하는 단계는, 상기 압축가능부가 압축되어 상기 제1 단부와 상기 제2 단부 사이의 거리가 감소되도록 상기 피더 시스템에 압력을 가하는 단계를 포함하는, 몰드 마련 방법이 제공된다.
몰드는 수평방향으로 갈라지거나 또는 수직방향으로 갈라진 몰드일 수 있다. (DISA Industries A/S에서 제조된 Disamatic flaskless moulding machines와 같은) 수직방향으로 갈라진 몰딩 기계에 사용되면, 피더 시스템은 통상적인 몰드 제조 사이클 동안에 수평방향 위치에 있을 때 스윙(패턴) 플레이트 상에 일반적으로 배치된다. 슬리브는 수동으로 또는 로봇을 사용하여 자동으로 수평방향 패턴 또는 스윙 플레이트 상에 배치될 수 있다.
또한, 제1 및 제2 관점에 관해 상술한 설명은 제3 관점에 적용한다. 특히, 일 실시예에서, 절결부는 (캐비티로부터 분리된) 그루브이다. 또 다른 실시예에서, 절결부는 캐스팅에 인접한다.
일련의 실시예에서, 몰드 재료를 압축하는 단계는, 적어도 30, 60, 90, 120 또는 150 N/cm2의 (패턴 플레이트에서 측정될 때의) 램업 압력(ram up pressure)을 가하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 압축가능부는 단차형 구성을 갖는다. 이러한 실시예에서, 단차형 구성은 교호적인 시리즈(alternating series)의 제1 및 제2 측벽 영역을 포함하는 단차형 구성을 갖고, 상기 압축가능부의 압축은 한 쌍의 제1 및 제2 측벽 영역들 사이의 각도를 감소시킨다.
일 실시예에서, 몰드 재료는 (통상적으로, 그린샌드로 불리는) 클레이 접착식 샌드이며, 이는 일반적으로 나트륨 또는 칼슘 벤토나이트와 같은 클레이, 물 및 미분탄 및 곡분 바인더(cereal binder)와 같은 다른 첨가제의 혼합물을 포함한다. 변형적으로, 몰드 재료는 바인더를 함유하는 몰드 샌드이다.
첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 예로서만 기술한다.
도 1 내지 5는 본 발명의 실시예에 따른 피더 시스템의 개략적인 다이아그램이다.
도 1a는 압축 전의 피더 시스템(10)을 도시한다. 피더 시스템은 관형 바디(14) 상에 장착된 발열성 피더 슬리브(12)를 포함한다. 피더 슬리브(12)는 종축(Z)과, 캐스팅 동안에 용융 금속을 수용하기 위한 캐비티를 형성하도록 축 둘레에서 대체로 반경방향으로 연장되는 연속적인 측벽(16)을 갖는다. 피더 슬리브(12)의 상부는 도시되지 않는다.
관형 바디(14)는 패턴 플레이트(20)와 접촉하는 피더 넥부를 형성하도록 제1 단부(18)에서 내측방향으로 테이퍼진다. 관형 바디(14)는 측벽(16)의 베이스(16a)로부터 연장되는 그루브(24) 내로 돌출하는 제2 단부(22)를 갖는다. 그루브(24)는 캐비티로부터 분리된다. 제2 단부(22)와 그루브(24)는 마찰 핏을 제공하도록 크기설정 및 형성되어, 관형 바디(14)를 고정된 깊이로 소정 위치에 보유한다.
관형 바디(14)는 사용시에 캐비티를 캐스팅에 연결하기 위한 개방 보어를 형성한다. 본 예에서, 보어 축은 종축(Z)을 따라 놓인다.
관형 바디(14)는 제1 단부(18)와 제2 단부(22) 사이에 2개의 단차부(26)를 포함하며, 이는 압축가능부를 구성한다. 단차부(26)는 교호적인 일련의 제1 측벽 영역(26a)과 제2 측벽 영역(26b)이 되도록 고려될 수 있다. 제1 측벽 영역(26a)은 보어 축(Z)에 수직이고, 제2 측벽 영역(26b)은 보어 축(Z)에 평행이다. 한 쌍의 제1 및 제2 측벽 영역(26a, 26b)들 간의 각도는 90°이다. 제1 및 제2 측벽 영역의 직경은 피더 슬리브로부터 멀어지는 방향으로 감소하며, 압축가능부는 절두원추형이 되도록 고려될 수 있다. 관형 바디(14)의 제1 및 제2 단부(18, 22) 사이의 거리는 D1으로 도시된다.
도 1b는 압축 후의 피더 시스템(10)을 도시한다. 램업 동안에 축(Z)을 따른 힘의 적용은 관형 바디(14)가 붕괴하게 하여, 제1 단부(18)와 제2 단부(22) 사이의 거리를 D2로 감소시킨다. 피더 슬리브(12)는 램업 시에 패턴(20)에 더 근접하게 이동한다.
도 2a는 압축 전의 피더 시스템(28)을 도시한다. 피더 시스템은 관형 바디(30)와 지지 핀(32) 상에 장착된 발열성 피더 슬리브(12)를 포함한다. 관형 바디(30)는 패턴 플레이트(20)와 접촉하는 피더 넥부를 형성하도록 제1 단부(34)에서 내측방향으로 테이퍼진다. 관형 바디(30)는 그루브(34) 내로 돌출하는 제2 단부(36)를 갖는다.
몰딩 핀(32)의 상부는 슬리브(12)의 루프(40)에서 상보적인 리세스(38) 내에 위치되고, 램업 시에, 슬리브(12)가 하측방향으로 이동함에 따라, 몰딩 핀(32)의 상부는 루프(40)의 상부에서 얇은 섹션을 천공한다. 소망한다면 칼라는 핀(32)이 루프(40)를 천공할 때 슬리브의 파편이 떨어지는 위험을 회피하도록 리세스(38) 내에 피팅될 수 있다. 변형적으로, 좁은 개구부는 리세스(38) 대신에 루프(40)를 통해 연장되어, 지지 핀(32)을 수용할 수 있다. 이 경우, 개구부는 피더 슬리브 캐비티의 최대 직경의 대략 15%에 대응하는 직경을 가질 것이다.
관형 바디(30)는 도 2b에서 피더 슬리브 없이 도시된다. 관형 바디(30)는 제1 단부(34)와 제2 단부(36) 사이에 단일의 외측방향 킹크(40)를 포함하며, 이는 압축가능부를 구성한다. 킹크(40)는 제1 측벽 영역(40a)과 제2 측벽 영역(40b)에 의해 형성된다. 제1 측벽 영역(40a)은 종축(Z)과 각도(α)를 이루고, 제2 측벽 영역(40b)은 종축(Z)과 각도(β)를 이룬다. 각도 α 및 β는 동일하다(양자는 대략 50°). 제1 및 제2 측벽 영역(40a, 40b) 사이에 형성된 각도(θ)는 대략 80°이다. α+β+θ=180°임이 이해된다.
램업 시에, 관형 바디가 붕괴하게 하는 축(Z)의 방향으로 힘이 인가됨으로써, 제1 및 제2 단부(34, 36)들 사이의 거리(D1)를 감소시켜서 각도(θ)를 감소시킨다.
도 3a는 압축 전의 피더 시스템(42)을 도시한다. 피더 시스템(42)은 관형 바디(44) 상에 장착된 발열성 피더 슬리브(12)를 포함한다. 관형 바디(42)는 패턴 플레이트(20)와 접촉하는 피더 넥부를 형성하도록 제1 단부(46)에서 테이퍼진다. 관형 바디(42)는 사용시에 패턴 플레이트(20)의 표면 상에 안착하는 그 베이스에 내측방향으로 지향된 립 또는 플랜지(48)를 가지며, 그 제거(낙오프)를 용이하게 하도록 결과적인 금속 피더 넥부에 노치를 생성한다. 관형 바디(42)는 그루브(24) 내로 그루브(24)의 전체 깊이로 돌출하는 제2 단부(50)를 갖는다. 테이퍼진 그루브가 채용될 수 있으며, 이로써 관형 바디는 그루브가 너무 좁아지는 그루브의 단부로 완전히 돌출할 수 없음이 이해될 것이다.
관형 바디(44)는 제1 단부(46)와 제2 단부(50) 사이에 4개의 내측방향 킹크(52)를 포함하며, 이는 압축가능부를 구성한다. 킹크(52)는 교호적인 일련의 제1 측벽 영역(52a)과 제2 측벽 영역(52b)에 의해 형성된다. 제1 측벽 영역(52a)은 종축(Z)과 각도(α)를 이루고, 제2 측벽 영역(52b)은 종축(Z)과 각도(β)를 이룬다. 각도 α 및 β는 동일하다(양자는 대략 50°). 2개 이상의 킹크(52)의 이용은 벨로우즈-타입의 구성을 제공하도록 고려될 수 있다. 한 쌍의 제1 및 제2 측벽 영역(52a, 52b) 사이에 형성된 내부 각도(θ)는 대략 80°이다. α+β+θ=180°임이 이해된다.
도 3b는 압축 후의 피더 시스템(42)을 도시한다. 램업 동안에 축(Z)을 따른 힘의 적용은 관형 바디(44')가 붕괴하게 하여, 제1 단부(46)와 제2 단부(50) 사이의 거리를 D2로 감소시킨다. 피더 슬리브(12)는 램업 시에 패턴(20)에 더 근접하게 이동한다.
도 4a는 압축 전의 피더 시스템(54)을 도시한다. 피더 시스템은 관형 바디(58) 상에 장착된 발열성 피더 슬리브(56)를 포함한다. 관형 슬리브(56)는 종축(Z)과, 캐스팅 동안에 용융 금속을 수용하기 위한 캐비티를 형성하도록 축 둘레에서 대체로 반경방향으로 연장되는 연속적인 측벽(60)을 갖는다. 연속적인 측벽(60)은 베이스(60a)를 가지며, 그로부터 절결부(62)가 연장된다. 절결부(62)의 단부는 측벽(60) 내의 레지(60b)에 의해 형성된다. 절결부(62)는 보어 축(Z)에 수직인 방향에서 측정된 폭(W)을 갖는다.
관형 바디(58)는 패턴 플레이트(20)와 접촉하는 피더 넥부를 형성하도록 제1 단부(64)에서 내측방향으로 테이퍼진다. 관형 바디(58)는 절결부(62) 내로 돌출하여 레지(60b)에 인접하는 제2 단부(66)를 갖는다. 관형 바디(58)와 절결부(62)는 관형 바디(58)가 측벽(60)에 대해 편안하게 피팅하도록 크기설정 및 형성된다. 관형 바디(58)는 사용시에 캐비티를 캐스팅에 연결하도록 개방 보어를 형성한다. 본 예에서, 보어 축은 종축(Z)을 따라 놓인다.
관형 바디(58)는 벨로우즈형 압축가능부를 함께 구성하는 제1 단부(64)와 제2 단부(66) 사이의 3개의 내측방향 킹크(68)를 포함한다. 킹크(68)는 교호적인 일련의 제1 측벽 영역(68a)과 제2 측벽 영역(68b)이다. 제1 측벽 영역(68a) 각각은 종축(Z)과 각도(α)를 이루고, 제2 측벽 영역(68b) 각각은 종축(Z)과 각도(β)를 이룬다. 각도 α 및 β는 동일하다(양자는 대략 50°). 한 쌍의 제1 및 제2 측벽 영역(68a, 68b) 사이에 형성된 내부 각도(θ)는 대략 80°이다. α+β+θ=180°임이 이해된다.
도 4b는 압축 후의 피더 시스템(54)을 도시한다. 관형 바디(58)가 붕괴하여, 제1 단부(64)로부터 제2 단부(66)로의 거리를 D2로 감소시킨다. 킹크가 압축되어 각도(β)를 대략 5°로 감소시킨다.
도 5는 피더 슬리브(12)(도 1) 또는 피더 슬리브(56)(도 4)와 같은 피더 슬리브와 조합하여 이용되는 관형 바디(70)를 도시한다. 관형 바디(70)는 제1 단부(72)와 제2 단부(74)를 가지며, 이를 통해 개방 보어를 형성한다. 관형 바디는 교호적인 일련의 제1 및 제2 측벽 영역(76a, 76b)을 갖는 4개의 내측방향 킹크(76)로 이루어진 압축가능부를 갖는다. 압축가능부는 절두원추형이며, 킹(76)의 직경은 제1 단부(74)로부터 제2 단부(72)로 약간 감소하는, 즉 관형 바디가 패턴 플레이트(20)를 향해 내측방향으로 테이퍼진다. 테이퍼의 각도(μ)는 (보어 축(Z)과 관련하여 측정된) 10°이하이다.
제1 측벽 영역(76a)은 보어 축과 내부 각도(α)를 이루고, 제2 측벽 영역(76b)은 보어 축과 내부 각도(β)를 이룬다. 각도(α)는 각도(β)(대략 45°)보다 약간 크다(대략 60°). 제1 및 제2 측벽 영역들 사이의 각도는 (관형 바디의 내부 또는 외부에서 측정되는지에 따라) 대략 75°이다.

Claims (20)

  1. 관형 바디 상에 장착된 피더 슬리브를 포함하는 금속 캐스팅용 피더 시스템에 있어서,
    상기 관형 바디는 제1 단부와, 대향된 제2 단부와, 사용시의 힘 인가시에 상기 제1 단부와 제2 단부 사이의 거리가 감소되도록 상기 제1 단부와 상기 제2 단부 사이에 있는 압축가능부를 갖고,
    상기 피더 슬리브는 종축을 갖고, 캐스팅 동안에 액상 금속을 수용하기 위한 캐비티를 형성하는, 상기 종축 둘레에서 연장되는 연속적인 측벽을 포함하며, 상기 측벽은 상기 관형 바디의 제2 단부에 인접한 베이스를 갖고,
    상기 관형 바디는 상기 캐비티를 상기 캐스팅에 연결하도록 개방 보어를 형성하고,
    상기 베이스로부터 상기 측벽 내로 적어도 하나의 절결부가 연장되고, 상기 관형 바디의 제2 단부는 상기 절결부 내에 고정된 깊이로 돌출하고,
    상기 피더 슬리브는 상기 절결부 내로 돌출하고 상기 피더 슬리브의 종축에 실질적으로 평행한 상기 관형 바디의 일부에 의해 지지되는,
    피더 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 압축가능부는 제1 및 제2 측벽 영역에 의해 구성되는 단일의 단차부(step) 또는 킹크(kink)로 구성되는,
    피더 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 압축가능부는 교호적인 시리즈(alternating series)의 제1 및 제2 측벽 영역으로 구성되어 다수의 단차부/킹크를 제공하는,
    피더 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 교호적인 시리즈의 제1 및 제2 측벽 영역은 4개의 단차부 또는 킹크를 함께 형성하는,
    피더 시스템.
  5. 제2항에 있어서,
    (i) 한 쌍의 상기 제1 및 제2 측벽 영역들 사이에 형성된 각도(θ)는 60 내지 90°이고; (ii) 상기 관형 바디의 종축과 상기 제1 측벽 영역(들) 사이에 형성된 각도(α)는 30 내지 60°이고; 그리고/또는 (iii) 상기 관형 바디의 종축과 상기 제2 측벽 영역(들) 사이에 형성된 각도(β)는 30 내지 60°인,
    피더 시스템.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 단차부/킹크 각각은 상기 종축에 수직인 방향으로 측정된 직경을 갖고, 모든 단차부/킹크는 동일한 직경을 갖는,
    피더 시스템.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 단차부/킹크 각각은 상기 종축에 수직인 방향으로 측정된 직경을 갖고, 상기 단차부/킹크의 직경은 상기 관형 바디의 제1 단부를 향해 감소하여 절두원추형 압축가능부를 형성하는,
    피더 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 절두원추형 압축가능부는 상기 종축으로부터 15°이하의 각도로 경사지는,
    피더 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 관형 바디는 금속인,
    피더 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 금속은 0.05% 미만의 탄소 함량을 갖는 강인,
    피더 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 절결부는 상기 베이스로부터 제1 깊이로 멀어지게 연장되고, 상기 관형 바디는 상기 절결부 내로 상기 제1 깊이로 돌출하는,
    피더 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 절결부는 상기 베이스로부터 제1 깊이로 멀어지게 연장되고, 상기 제1 깊이는 상기 피더 슬리브의 높이의 5 내지 30%에 대응하는,
    피더 시스템.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 절결부는 그루브인,
    피더 시스템.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 절결부는 상기 피더 슬리브의 캐비티와 인접한,
    피더 시스템.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 관형 바디의 압축가능부는 상기 절결부로부터 이격된,
    피더 시스템.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 피더 슬리브는 발열성 피더 슬리브(exothermic feeder sleeve)인,
    피더 시스템.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 피더 슬리브는 적어도 25kN의 크러쉬 강도를 갖는,
    피더 시스템.
  18. 몰드를 마련하기 위한 방법에 있어서,
    제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 피더 시스템을 패턴 플레이트 상에 위치시키는 단계;
    상기 패턴을 몰드 재료로 둘러싸는 단계;
    상기 몰드 재료를 압축하는 단계; 및
    상기 몰드를 형성하도록 압축된 몰드 재료로부터 상기 패턴을 제거하는 단계
    를 포함하며,
    상기 몰드 재료를 압축하는 단계는, 상기 압축가능부가 압축되어 상기 제1 단부와 상기 제2 단부 사이의 거리가 감소되도록 상기 피더 시스템에 압력을 가하는 단계를 포함하는,
    몰드 마련 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 몰드 재료를 압축하는 단계는, 적어도 30 N/cm2의 램업 압력(ram up pressure)을 가하는 단계를 포함하는,
    몰드 마련 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 압축가능부는 교호적인 시리즈(alternating series)의 제1 및 제2 측벽 영역을 포함하는 단차형 구성을 갖고, 상기 압축가능부의 압축은 한 쌍의 제1 및 제2 측벽 영역들 사이의 각도(θ)를 감소시키는,
    몰드 마련 방법.
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